KR20070064621A - Ｙ 형상의 전방향성 안테나를 가진 비접촉 라벨 - Google Patents

Ｙ 형상의 전방향성 안테나를 가진 비접촉 라벨 Download PDF

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Abstract

마이크로 회로(16)와 상기 마이크로 회로에 연결된 Y 형상의 안테나를 구비한 물체의 추적성(Traceability)를 확실하게 하는 비접촉 라벨이 개시된다. 마이크로 회로는 상기 물체를 추적하는데 필요한 정보를 포함하며, 상기 정보는 수신기에 의해 극초단파(UHF: Ultra High Frequency) 대역의 전자기파의 변화로서 읽혀질 수 있다. 상기 안테나는 다이폴(Dipole) 형태의 것으로, 제1 메인 도선(10), 상기 제1 메인 도선과 다이폴을 형성하는 제2 메인 도선(12) 및 상기 제1 메인 도선과 두 번째 다이폴을 형성하는 제3 메인 도선의 3개의 메인 도선으로 구성된다. 상기 제1 메인 도선과 제2 메인 도선 사이의 각은 제1 메인 도선와 제3 메인 도선 사이의 각과 동일하고, 제2 메인 도선과 제3 메인 도선 사이의 각은 60°~ 180°이다. 각 메인 도선들의 끝단에는, 각 메인 도선에 수직한 보조도선(24, 26 또는 28)이 있다.
전방향성, 비접촉, 안테나, 추적성

Description

Ｙ 형상의 전방향성 안테나를 가진 비접촉 라벨{Non-Contact Label with Y-Shaped Omnidirectional Antenna}
본 발명은 물체들의 추적성(Traceability)을 가능하게 하도록 설계된 비접촉 트랜스시버(Transceiver)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전방향성 안테나를 가진 비접촉 라벨(Contactless Label)에 관한 것이다.
현재, 비접촉 트랜스시버 장치들은 다양한 응용형태로 광범위하게 사용되고 있다. 이러한 응용 형태의 하나는 비접촉 스마트 카드(Smart Card)이다. 스마트 카드는 예컨대 공공 운송분야와 같은, 다양한 분야에서 사용이 늘고 있다. 또한, 이러한 장치들은 지불 수단으로 개발되고 있다.
비접촉 장치와 해당 수신기 사이의 정보의 교환은 비접촉 장치 내의 내부안테나와 수신기 내의 제2 안테나 사이의 전자기 신호의 원격 전송에 의해 이루어진다. 그러한 정보의 개발, 저장 및 처리를 위하여, 비접촉 장치는 내부 안테나와 연결된 마이크로회로(Microcircuit)와 메모리 영역을 구비한다. 정보의 교환이 이루어지는 동안, 비접촉 장치가 사용하는 전원는 해당 수신기로부터 전송되는 전자기 파에 의해 공급된다.
점점 중요성이 커지는 비접촉 장치의 다른 응용은, 상품들이나 재고의 추적을 수행하기 위한 인증 목적으로 물체들에 부착된 라벨(Label)로 사용하는 것이다. 이러한 응용에서, 각 물체에 부착된 라벨의 마이크로회로는 물체에 대한 데이터를 메모리에 저장함으로써, 해당 물체에 대한 검색, 인증, 그리고 그에 의한 추적성을 가능하게 한다.
라벨은 물체의 제조시점에 물체에 부착되고, 고객에게 전달될 때까지 유지된다. 마이크로회로의 메모리는 물체의 특성에 대한 정보 또는 물체가 용기인 경우 그 내용물에 대한 정보를 포함한다. 이러한 정보는 수신기에 의해 항상 읽혀질 수 있다. 현재, 라벨과의 데이터 교환을 위해 수신기가 사용하는 일반적인 주파수는 900 ㎒ 주위의 극초단파(UHF: Ultra High Frequency) 대역으로, 수신기는 약 2 미터 이상의 거리에서 라벨을 읽을 수 있다.
비접촉 라벨에 사용될 수 있는 간단한 안테나는 도 1에 도시된 다이폴(Dipole) 안테나로서, 사용되는 주파수의 약 반파장의 차원(Dimension)을 가진다. 이러한 다이폴의 특별한 점은 도 2의 패턴에서 보여지는 것처럼, 에너지가 다이폴의 축에 수직한 선택적인(preferential) 방향으로 주로 방사한다는 것이다. 따라서 이런 간단한 다이폴 안테나는 방향성 방사(directional radiation)를 출력하는 주요한 단점을 가진다.
본 발명의 목적은, 이러한 점을 개선하여, 전방향성(Omnidirectional) 방사가 가능한 반 파장 다이폴(Dipole) 형태의 안테나를 가지는 비접촉 라벨을 제공하는 것이다.
따라서 본 발명의 목적은, 물체의 추적성을 가능하게 하기 위해, 마이크로회로와 그 마이크로회로에 연결된 Y 형상의 안테나, 그리고 물체의 추적에 필요한 것으로 극초단파의 교환을 통해 수신기에 의해 읽혀질 수 있는 정보를 저장하는 마이크로회로의 메모리를 필수적으로 가지는 비접촉 라벨을 제공하는 것이다.
본 발명에 포함되는 안테나는 3개의 메인 도선을 포함하는 다이폴(Dipole) 형태의 안테나이다. 3개의 메인 도선은, 제1 메인도선(Main Wire), 제1 메인도선과 제1 다이폴을 형성하는 제2 메인도선, 제1 메인도선과 제2 다이폴을 형성하는 제3 메인도선으로써, 제1 메인도선과 제2 메인도선 사이의 각은 제1 메인도선과 제3 메인도선 사이의 각과 같고, 제2 메인도선과 제3 메인도선 사이의 각은 사이의 각은 60°~ 180°이다. 각 메인도선들은 그 끝단에 해당 메인도선에 수직하고 길이 10 mm ~ 50mm 인 보조도선을 포함한다.
도 1은 다이폴로 만들어진 반 파장 안테나를 도시한 도면,
도 2는 도 1에 도시된 다이폴의 방사 패턴을 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따라, 비접촉 라벨에 사용되는 Y 형상의 안테나의 전체도면,
도 3A는 안테나의 도선들과 마이크로회로의 연결부의 확대도,
도 4는 Y 형상 안테나의 제1 실시예를 도시한 도면,
도 5는 도 4에 도시된 안테나의 방사 패턴을 도시한 도면,
도 6은 Y 형상 안테나의 제2 실시예를 도시한 도면, 그리고
도 7은 도 6에 도시된 안테나의 방사 패턴을 도시한 도면이다.
본 발명의 요지를 이루는 라벨은 도 3에 도시된 안테나를 필수적으로 포함한다. 상기 안테나는 3개의 메인도선(Main Wire)(10, 12, 14)로 구성되며, 각 메인도선의 길이는 거의 4분의 1파장이다. 다시 말해, 각 메인도선의 길이는 900 ㎒ 주파수에 대해 약 80mm 이다. 제2 메인도선(12)과 제3 메인도선(14)는 동일한 길이 L을 가지며, 제1 메인도선(10)는 다른 메인도선들과 다르지만 L에 가까운 길이를 가질 수 있다. 제1 메인도선(10)은 제2 메인도선(12)과 결합하여 제1 다이폴을 형성한다. 또한, 제1 메인도선(10)은 제3 메인도선(14)과 결합하여 제2 다이폴을 형성한다.
제1 메인도선(10)과 제2 메인도선(12) 사이의 각과 제1 메인도선(10)과 제3 메인도선(14) 사이의 각은 같다. 그 결과, 개별적으로 파악할 때, 대칭인 양 다이폴들은 동일한 전기적인 특성, 즉 동일한 방사 패턴(Radiation Pattern)과 동일한 입력 임피던스(Impedance)를 가진다.
제2 메인도선과 제3 메인도선에 의해 형성되는 각은 두 도선 사이의 조 정(Alignment)에 따라 최소 60°에서 180°까지 변할 수 있다.
안테나는 부하 장치(Load Device)들에 의해, 각 다이폴 상의 도선들 사이의 차동 모드(Differential Mode)에 따라 동작한다. 부하 장치는 도 3A 상에 확대 도시된 마이크로회로(Microcircuit)(16)가 해당한다. 종래의 칩(Chip)들이 안테나와 연결되는 두 개의 입력단자만을 가지는 것과 달리, 도 3A에 도시된 마이크로회로(16)는 제1 메인도선(10)에 연결된 기준점 또는 그라운드(GND)로 사용되는 단자(18)와 제2 메인도선(12) 및 제3 메인도선(14)에 각각 연결된 동일한 두 개의 단자(Hot Spots)(20, 22)를 포함하는 3개의 입력단자를 가지는 부하이다.
도 3에 도시된 안테나의 최적의 동작을 위해, 안테나의 임피던스는 마이크로회로의 임피던스에 적합하여야 한다. 그렇지 않으면, 안테나에 의해 전달되는 에너지가 최소가 되거나 심지어 거의 0이 된다. 만약, 적절한 적합(Adaptation), 또는 정격 값(Rated Value)보다 10% 이상 또는 이하인 임피던스 값을 원할 때, 메인 도선들의 물리적인 특성들만을 변경하여 해당 값을 얻기는 매우 어렵다. 여기서 채택되는 방법이 메인 도선들의 끝 단에 보조도선(Secondary Wire)을 더하는 것이다. 이에 따라, 제1 보조도선(24)은 제1 메인도선(10)의 끝단에 수직으로 위치하며, 제2 보조도선(26)은 제2 메인도선(12)의 끝단에 수직으로 위치하고, 제3 보조도선(28)은 제3 메인도선(14)의 끝단에 수직으로 위치한다.
메인도선과 보조도선 사이의 연결 점은 가변될 수 있으며, 따라서 보조도선은 연결 점을 기준으로 길이 a와 b의 두 개 부분으로 나누어질 수 있다. 회전에 의해 하나의 도선에서 다른 도선으로 진행할 때, 이러한 연결은 3개의 보조도선(24, 26, 28)에 대해 동일하게 적용된다. 따라서 3개 보조도선의 길이는 a+b로써 동일하고, 10mm에서 50mm 사이이다.
이러한 Y 형상 안테나의 보다 나은 적합을 얻기 위한 더욱 바람직한 방법은, 각 보조도선의 양 측면에 접힌-도선(Folded Wire)을 마련하는 것으로, 도 3을 참조하면, 접힌-도선(30, 32)이 보조도선(24)의 양끝에 마련된다. 각 보조도선과 관련된 두 개의 접힌-도선들은 0에서 40mm 사이의 동일한 길이 c를 가진다. 길이 c는 3개의 보조도선(24, 26, 28)과 관련된 접힌-도선들에 대하여 동일하게 적용된다.
접힌-도선의 존재는 메인도선의 길이를 줄임으로써, 안테나의 전체면적(Dimension)을 줄이는 효과를 가짐을 주목해야 한다. 제2 메인도선(12)과 제3 메인도선(14)의 길이 L(제1 메인도선의 길이와 거의 같은)과 접힌-도선의 길이 c 사이의 관계는 다음의 수학식 1로 표시될 수 있다.
60mm < L + c < 100mm
본 발명에 따른 Y 형상 안테나의 두 가지 예가 개시된다. 도 4에 도시된 두 번째 예는 상대적으로 짧은 접힌-도선을 가진다. 이 안테나는 제1 메인도선(10)과 제2 메인도선(12) 사이에 마련된 단락회로(Short-circuit)부재(34)와 제1 메인도선(10)과 제3 메인도선(14) 사이에 마련된 단락회로부재(36)를 부가적으로 가진다. 이러한 보충적(Supplementary) 부재들은 특정한 정전방전(ESD: ElectroStatic Discharge) 기능의 구현을 가능하게 한다. 정전방전 기능은 마이크로회로에 손상을 줄 수 있는 수천 볼트(Volts)의 전기적 펄스(Pulse)들에 의해 생성된 임의의 전류 를 방전시킨다. 도 5에 도시된 도 4의 안테나의 방사 패턴을 해석함으로써, 본 발명의 기술의 통상의 기술자는 -30°에서 +60°사이의 각방향(Angular direction)에 약한 감쇄를 제외하고는, 방사가 없는 방향이 없음을 알 수 있다.
도 6에 도시된 제2의 실시 예는, 앞의 예에서 설명된 단란회로 부재를 가지지 않는다. 접힌-도선들이 상대적으로 긴 반면에, 메인도선들은 매우 짧다. 이러한 형태는 비접촉 표면(Contactless surface)을 85mm × 95mm의 사각형 내에 포함될 정도의 더 작은 표면적으로 구현하는 것을 돕는다. 도 7에 도시된 방사 패턴은 -60°과 60°사이 각도에서의 감쇄를 제외하고는, 방사없는 방향이 없음을 나타낸다.
도 4와 도 6에 기초하여 설명된 Y 형상의 안테나는 1mm의 폭을 가지는 것이 바람직하며, 안테나는 어떠한 방식에 의해서도 형성될 수 있으나, 은(Silver) 입자(Particle)를 포함하는 잉크를 사용하는 스크린-인쇄 임프린트(Screen-printed imprint)에 의하는 것이 바람직하다.
앞에서 언급한 바와 같이, 본 발명의 요지를 형성하는 라벨은 물체, 상품 또는 용기(Container)의 추적성을 가능하게 하는 것이 필요할 때 사용될 수 있다. 라벨은 극초단파 대역, 즉 일반적으로 860㎒와 960㎒ 사이의 주파수에서 동작할 수 있으며, 특별히 902㎒와 928㎒ 사이의 주파수에서 동작할 수 있다.

Claims (9)

  1. 마이크로회로(16);
    상기 마이크로회로에 연결된 Y 형상의 안테나;
    상기 물체를 추적하기 위해 필요한 정보로서 극초단파 대역의 전자기파의 교환을 통해 수신기로 읽을 수 있는 정보를 저장하는 상기 마이크로회로의 메모리;를 포함하고,
    상기 안테나는, 제1 메인도선(10); 상기 제1 메인도선과 제1 다이폴(Dipole)을 형성하는 제2 메인도선(12); 및 상기 제1 메인도선과 제2 다이폴을 형성하는 제3 메인도선(14);을 포함하는 다이폴 형태의 안테나이고,
    상기 제1 메인도선과 상기 제2 메인도선 사이의 각이 상기 제1 메인도선과 상기 제3 메인도선 사이의 각과 동일하고, 상기 제2 메인도선과 상기 제3 메인도선 사이의 각은 60°~ 180°이고,
    상기 메인도선 각각은 그 끝단에 해당 메인도선에 수직이고 길이 10mm에서 50mm 사이인 보조도선(24, 26, 또는 28)을 포함하여 물체에 대한 추적성을 가능하게 하는 비접촉 라벨.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제2 메인도선(12)과 상기 제3 메인도선(14)은 동일한 길이 L을 가지는 것을 특징으로 하는 비접촉 라벨.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 보조도선 각각은 관련된 상기 메인도선과의 연결 점에 의해, 상기 연결 점의 양측에 마련된 길이 a와 b의 두 부분으로 나뉘는 것을 특징으로 하는 비접촉 라벨.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 각 부분은 각각 길이 a와 b를 가지고, 상기 보조도선의 길이 a+b는 10mm와 50mm 사이인 것을 특징으로 하는 비접촉 라벨.
  5. 제 1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 각 보조도선의 양 측에, 0에서 40mm 사이의 동일한 길이 c를 가지는 접힌-도선(Folded wire)을 부가적으로 가지는 것을 특징으로 하는 비접촉 라벨.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 길이 c는 상기 메인도선 각각에 대하여 동일한 것을 특징으로 하는 비접촉 라벨.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 길이 L과 길이 c의 합이 60mm와 100mm 사이에 있도록 상기 길이 c가 정해지는 것을 특징으로 하는 비접촉 라벨.
  8. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 메인도선(10)과 상기 제2 메인도선(12) 사이에 마련된 단락회로(Short-circuit) 부재(34)와 상기 제1 메인도선(10)과 상기 제3 메인도선(14) 사이에 마련된 단락회로 부재(36)를 포함하고,
    상기 단락회로 부재들은, 상기 마이크로회로(16)를 손상할 수 있는 수 천 볼트(Volts)의 전기적 펄스에 의해 생성된 전류를 방전시키기 위한 특정한 정전방전(ESD: ElectroStatic Discharge) 기능이 가능하도록 하는 것을 특징으로 하는 비접촉 라벨.
  9. 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 마이크로회로(16)는,
    상기 제1 메인도선(10)에 연결된 기준점 또는 그라운드(GND)로 사용되는 입력단자(18);와 상기 제2 메인도선(12) 및 상기 제3 메인도선(14)에 각각 연결된 동일한 두 개의 단자(Hot Spots)(20, 22)를 포함하는 것을 특징으로 하는 비접촉 라벨.
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